CN102859119A - 用于不可压缩流体的泵或涡轮 - Google Patents

Abstract

用于液体的旋转斜盘式泵或涡轮中的可转动驱动轴通过在每个端部处的一个轴承支撑。一体的马达或发电机使用所述两个轴承。第一组合轴承支撑放置在内部旋转斜盘球内的驱动轴的倾斜段，并且将转动动力传递到附装的可章动的旋转斜盘。第二轴承限制驱动轴沿着限定的轴线的转动。两个轴承中的任一个都阻止驱动轴的轴向运动，防止旋转斜盘式泵误对准。说明了弹性驱动和潜液泵。

Description

用于不可压缩流体的泵或涡轮

技术领域

本发明总体上涉及一种使用可章动的旋转斜盘的泵或涡轮；并且具体地，本发明涉及一种适于泵送液体的旋转斜盘式泵，或者本发明涉及一种旋转斜盘式涡轮，其适于通过穿过该涡轮的液体而转动。流量计也可以使用可章动的旋转斜盘。

背景技术

定义

读者应当牢记以下主要参照泵的说明。该装置可以简单地通过使用一个端口与另一个端口之间的压力差迫使液体穿过该装置而反过来用作涡轮或液压马达，并且因此，词语“泵”贯穿全文应当指的是“泵或涡轮”。本文所述的电动马达能够等同地用作发电机。

“共用驱动轴”指的是在旋转斜盘式泵或涡轮中由直线段和通向倾斜段的偏移段构成的传动轴；所有段都位于同一个平面内。倾斜段由内部旋转斜盘球内的圆柱形支承装置支撑。

“组合轴承”指的是一个轴承位于另一个轴承内所组成的设备。在本说明书中，内部旋转斜盘球和支撑球面轴承是组合轴承的第一部分；旋转斜盘球内的轴颈轴承是第二部分。“锥形板”指的是一对截断扁锥状板中的每一个板，这对截断扁锥状板具有固定的、径向对称的倾斜内表面，该倾斜内表面面对旋转斜盘，借助该旋转斜盘，该倾斜内表面包括可运动的线形密封。这对板可以包括泵或涡轮壳体的一部分或者可以是插入物。

“全等”意味着“当叠加时完全地重合”。

“全等点”指的是在使用期间在旋转斜盘式泵中的轴向全等的点处同时发生章动和转动二者的点。全等点位于其中共用驱动轴（如果产生的话）的直线段的轴线与共用驱动轴的倾斜段的轴线相交的点（a）处和其中内部旋转斜盘球的中心与点（a）相交的点（b）处。或者，（b）可以定义为耳轴承（如果产生的话）的轴线一直与点（a）相交的点。当旋转斜盘式泵（或涡轮）在使用中时，共用驱动轴的两个轴线转动并且耳轴承的轴线章动。在图1中和在文本中解释了该概念的意义。

本文所使用的“工程塑料材料”指的是高级无机化合物、合金、以及能够形成精密公差的混合物。这些材料坚韧、坚固并且适用于滑动密封，具有较低的摩擦和较低的磨损。这些塑料通常是包括基础塑料（55%至70%的比值）的合金，并且是可注射模制的，所述基础塑料从由聚醚醚酮（PEEK）、对于耳轴优选的聚苯硫醚（PPS）、或者与聚四氟乙烯（PTFE）、碳、碳纤维、以及有时与硅而合金化的聚邻苯二甲酰胺（PPA）（当前用在其它的滑动表面上）举例说明的范围中选择。市场上可买到的示例包括“Fortron 7140A4（Polyplastics，日本）”、“UCL-4036 HS”（Sabic，沙特阿拉伯）和在“DU”普通轴承中使用的那些,或者对于本领域的技术人员公知的等效物。

“内部旋转斜盘球”是支撑牢固附装的且是刚性的旋转斜盘的球，并且所述球随旋转斜盘在固定的壳体内运动。旋转斜盘位于这些锥形板之间，并且由于泵或涡轮构造而在两个沿直径相对的可运动的密封线处与这些锥形板接触或接近接触。在本发明中，共用驱动轴以与锥形板的角度相同的角度倾斜（“倾斜角”），这是因为共用驱动轴穿透内部旋转斜盘球并且用轴颈支撑在该内部旋转斜盘球中。内部旋转斜盘球在缩短的外部旋转斜盘球内是同心的、典型地被包括在泵体内、并且超过旋转斜盘位于锥形板之间的空隙上方。在旋转斜盘的外部边缘与通常包括壳体的一部分的外部旋转斜盘球的内部表面之间可以设置有可滑动的密封。内部旋转斜盘球和旋转斜盘在使用期间以章动运动而运动。

“章动”指的是在旋转斜盘式泵内由旋转斜盘所进行的特定轨道运动。章动类似于硬币在倾斜地降落到硬的平表面上之后的摇摆运动。真实有效的泵送由章动生成，其中，旋转斜盘在两条运动的“密封线”处与两个锥形板进行同时接触；一条密封线与在板的相对侧上的另一条密封线隔开180度。在实际中，接触可以在一侧上在任何特定瞬时实现，而另一侧可以几乎接触。每条可转动的密封线在章动期间围绕旋转斜盘式泵的轴线转动，朝基本固定的横向分流板前进并且经过该横向分流板，迫使流体抵靠分流板并且穿过出口端口。

“泵送腔室”。每个泵送腔室均由锥形板和旋转斜盘的一侧、由外部旋转斜盘球、以及由内部旋转斜盘球限定，并且可以通过运动的密封线使材料运动穿过泵。泵送腔室的两侧可以通过适当的进排气端口布置而并行地用于较小的脉动输出，或者单独地使用。

“耳轴”指的是滑动轴承，该滑动轴承在章动旋转斜盘与固定的分流板之间产生有效的密封，该固定的分流板与锥形板、旋转斜盘相交。耳轴承在旋转斜盘的章动期间具有转动轴线并且在分流板上滑动。固定的分流板形成用于圆周泵送腔室的前面屏障和后面屏障，并且是泵送期间抵抗液体被加压的屏障。

背景

具有章动盘的旋转斜盘式泵、涡轮、发动机或流量计已经知道超过50年了。该原理迄今很少在商业上成功，并且现有的设计通常呈现出是过度设计的，或者可能是缺乏了解的，例如由现有技术中的轴承的过度供给所示，现有的设计具有随之而来的缺点。

现有技术

本发明的一个方面涉及优化用在旋转斜盘式泵或涡轮中的轴承。先前的设计不使用用于支撑从马达传输动力的轴的、我们命名为组合轴承的组件。物理轴承放置在贯穿内部旋转斜盘球的直线驱动轴的每一侧上，或者若干轴承使坚固的轴从内部旋转斜盘球的一侧伸出悬臂。例如，Kim的US 4919601说明了一种用于液体或气体的旋转斜盘式泵，其中使用如同本申请的弯曲驱动轴的弯曲驱动轴。我们已经如在图3b中再现了Kim的图2A（US 4919601），其示出在壳体（25）中的两个球轴承，所述两个球轴承支撑共用驱动轴的直线段（16）以支撑共用驱动轴的倾斜段（17）。Kim的两个轴承提供了坚固的悬臂安装，从一个端部支撑驱动轴。这样避免使用内部旋转斜盘球作为轴支撑轴承。如果Kim机构限制驱动轴的轴向运动，则制造公差将导致轴心差，产生过分摩擦。Meyer的EP 0 55 044和US5482449示出在内燃机中的双边轴承的方式；Ford的GB 1103271和Ford的US 3323466也示出在内燃机中的双边轴承的方式。Cornelius的US2887059，Kim，同样在US 5138993和Heng的WO93/06371中示出了悬臂。

我们的较早的专利申请PCT/NZ2009/000198说明了一种用于在旋转斜盘式泵或涡轮的驱动器内包括弹性元件的方法，所述旋转斜盘式泵或涡轮相对于其中内部旋转斜盘球用作轴承和密封的发明已经再次在本说明书中说明。

待解决的问题

为了提供有用的旋转斜盘式泵或涡轮作为功能单元；保持旋转斜盘式泵的固有优点，例如稳定的输出流量和较低的噪音；而同时减少可避免的泄漏并且克服已被视为该类型泵的典型特征的摩擦损失中的至少一些。

目的

本发明的目的可以叙述成提供一种改进的旋转斜盘式泵或涡轮，作为用于液体的容积泵或涡轮，或者至少为公众提供一种有用的选择。

发明内容

在第一广泛的方面中，本发明包括一种具有内部旋转斜盘球的旋转斜盘式泵或涡轮，所述内部旋转斜盘球具有附装的环形旋转斜盘并且具有中心孔口；所述旋转斜盘容纳在封闭的泵送腔室内，所述泵送腔室在每侧上通过具有浅锥形状的固定的锥形板封闭；所述泵送腔室向外通过固定的部分在外部的旋转斜盘球的内表面封闭，所述旋转斜盘球附装到旋转斜盘式泵或涡轮的壳体或者形成所述壳体的一部分；并且所述泵送腔室向内通过内部旋转斜盘球封闭；附装到所述壳体且与泵送腔室和旋转斜盘二者相交的分流板在分流板的一侧处位于入口端口附近并且在另一侧处位于出口端口附近；所述分流板通过设定到内部旋转斜盘球中的耳轴承而与旋转斜盘分离并且所述分流板具有转动轴线；当使用时，内部旋转斜盘球通过内部旋转斜盘球的中心孔口内的可转动共用驱动轴的倾斜段转动而以章动的方式运动；所述共用驱动轴具有直线段，所述直线段能够转动或者被附装的轮转动；内部旋转斜盘球由此被约束；当共用驱动轴转动时，内部旋转斜盘球以章动的方式运动，而同时在旋转斜盘与沿直径相对的锥形板之间维持运动密封线；其中，旋转斜盘式泵或涡轮的共用驱动轴整个地被两个轴承装置支撑，所述两个轴承装置包括（A）组合轴承，其支撑旋转斜盘；所述组合轴承具有外部部件和内部部件，所述外部部件包括可滑动地支撑在两个凹面的部分球面轴承上的内部旋转斜盘球的外表面，所述两个凹面的部分球面轴承则支撑在旋转斜盘式泵或涡轮的壳体中，所述内部部件包括在内部旋转斜盘球的中心孔口内的轴颈轴承装置，其支撑驱动轴的倾斜段；和（B）单轴承装置，其抵靠壳体来支撑共用驱动轴的直线段。

优选地，轴承装置（A）或轴承装置（B）中的任一个还包括用于将共用驱动轴相对于旋转斜盘式泵或涡轮的壳体维持在受控制的轴向位置中的装置，以便使共用驱动轴的直线段的转动轴线和共用驱动轴的倾斜段的转动轴线相交的全等点处的全等状态是在内部旋转斜盘球的中心处，以便当使用时，使轴承上放置的载荷最小化，并且以便维持旋转斜盘在运动密封线处抵靠邻接的锥形板平行对准。

更具体地，轴承装置（B）从包括与防止轴向运动的推力垫圈结合的普通轴颈轴承、深沟球轴承组件、和自调心的球面滚子或球轴承组件的范围选出；所述轴承装置（B）能够当固定在旋转斜盘式泵的壳体内和固定到共用驱动轴的直线段时将共用驱动轴相对于旋转斜盘式泵或涡轮的壳体维持在受控制的轴向位置中，以便维持在全等点处的全等的状态。

更具体地，包含在组合轴承装置（A）中的轴颈轴承装置还设有推力轴承，其允许驱动轴的倾斜段相对于内部旋转斜盘球单轴承装置仅进行有限的轴向运动，由此将共用驱动轴相对于旋转斜盘式泵或涡轮的壳体维持在受控制的轴向位置中，以便维持在全等点处的全等的状态。

优选地，由此，第二或单轴承装置能够防止旋转斜盘相对于锥形板的误对准；术语“误对准”是一种其中三个几何实体相交的状态；即，（1）驱动轴的直线段的转动轴线（如果产生的话）和（2）驱动轴的倾斜段的转动轴线不与（3）内部旋转斜盘球的中心全等；所述误对准对于结块的效率有至少一个不利的影响，具体地对于呈现运动密封线的效果不那么有效。

优选地，对于110mm直径的旋转斜盘式泵而言，在全等点处的全等公差处于约0.5毫米内，以便避免对泵的效率的不利影响。

在相关方面中，实体（3）可以由其它实体替换，所述其它实体包括（3a）用于提供在旋转斜盘与分流板之间的轴承的耳轴承的转动轴线和（3b）与旋转斜盘的侧面平行地穿过旋转斜盘的中心平面的平面。

优选地，在同心孔口内的组合轴承的内轴承包括在一个或者两个部件内的内部“DU”塑料轴颈轴承或围绕共用驱动轴的倾斜段的滚针轴承。或者，内轴承由驱动轴的倾斜段的塑料包覆模制的（overmoulded）端部构成，所述塑料包覆模制的端部被加工，从而可滑动地配合在同心孔口内。

在一个示例中，潜液泵安装在固定的支撑件上，并且具有支撑共用驱动轴的直线段的普通轴颈轴承、轴向地限定支撑共用驱动轴的倾斜段的推力轴承的又一个普通轴颈轴承、和能够与轴向的可转动的驱动轴接合的联接装置；这些轴承装置中没有一个包括滚动元件，并且所有轴承装置都暴露于其中浸入有泵的液体中。

或者，组合轴承装置（A）的外部部件还用作滑动密封，所述滑动密封能够当使用时围绕泵送腔室的内部方面密封，不管内部旋转斜盘球抵靠两个凹面的部分球面轴承的章动运动。

优选地，组合轴承装置（A）的外部部件具有第一轴承面，其由从包括球墨铸铁、灰铸铁、钢和阳极氧化铝的范围内选出的所选金属构成，所述第一轴承面可抵靠一致的第二表面滑动，所述一致的第二表面由从包括与聚四氟乙烯（PTFE）、碳、碳纤维、以及有时与硅混合的聚邻苯二甲酰胺（PPA）、聚醚醚酮（PEEK）、或聚苯硫醚（PPS）的范围内选出的所选工程塑料材料构成。

在一个选择方面中，内部旋转斜盘球由金属构成，并且凹面环轴承具有由工程塑料材料构成的至少表面。

或者，内部旋转斜盘球表面由工程塑料材料构成，并且凹面环轴承由金属构成。在该选择中，内部旋转斜盘球包括内部框架，所述内部框架涂覆有具有可接受的摩擦和磨损特征的可模制的塑料材料，所述塑料材料被加工成规定的尺寸和光洁度。任选地，相同的构造可以用于旋转斜盘。

任选地，整个旋转斜盘由至少一种塑料材料构成。确实地，泵壳体可以由至少一种塑料材料构成。

优选地，共用驱动轴的直线段相对于旋转斜盘式泵或涡轮的壳体的转动通过这样的转矩产生或产生所述转矩，所述转矩从通过毂固定地附装到共用驱动轴的直线段的轮传递或传递到所述轮，所述轮具有用于传输或接收转矩的周边联接装置；所述轮在其横截面中具有凹陷的中心或铃铛形状，其中，所述周边联接装置从毂轴向地位移；所述轮允许周边联接装置径向地定位在单轴承装置上，以便使由转矩传递到轮或从轮传递转矩所产生的任何反作用力合力对称地施加在单轴承装置上，并且以便使共用驱动轴基本上没有受到侧向力矩。

或者，通过第一或组合轴承装置对称地施加由转矩产生装置所施加的力的矢量和，以便使力矩不沿着驱动轴传递到第二或单轴承装置。

优选的轮在没有限制的情况下包括：适于从平坦的或“V”状的柔性带摩擦驱动的轮、支承橡胶轮胎的轮、适于与齿形带一起使用的轮，支承用于链驱动的链轮的轮、支承曲柄的轮、具有偏心周边的轮、承载齿轮齿的轮、承载与运动流体相互作用的叶片或桶的轮、和承载包括磁体和盘绕线圈的附着的磁器件或电磁器件的轮；所述轮中选择的任一个轮都优选地对称地放置在单轴承装置上。

在相关示例中，轮设有面朝内的磁体阵列；每个磁体都具有至少一个磁极，所述至少一个磁极承载从所述磁极发出的磁通量，并且所述磁通量能够穿过安装在封闭的定子上的至少一个盘绕线圈，由此所述轮包括电动发电机。

优选地，旋转斜盘式泵与电动发电机的组合包括一体的电驱动的旋转斜盘式泵，所述一体的电驱动的旋转斜盘式泵仅具有两个轴承，即，支撑共用驱动轴的组合轴承装置和单轴承装置，所述共用驱动轴还用作电动发电机的轴。

或者，涡轮与电动发电机的组合包括一体的涡轮和发电机，所述一体的涡轮和发电机具有支撑共用驱动轴的组合轴承装置和单轴承装置，所述共用驱动轴还用作电动发电机的轴，由此提供一体的涡轮和发电机。

在一个选择方面中，轮的轮缘设有交替的磁极的阵列，来自每个磁极的磁通量都被指引通过安装在定子上的至少一个相邻的盘绕线圈，由此所述轮包括马达或发电机；旋转斜盘式泵与马达或发电机的组合包括一体的电驱动的旋转斜盘式泵或涡轮，所述一体的电驱动的旋转斜盘式泵或涡轮仅具有两个轴承，即，支撑共用驱动轴的组合轴承装置和单轴承装置；所述共用驱动轴的直线段还包括马达或发电机的支撑轴。

在另一方面中，共用驱动轴通过单向弹性连接装置联接到旋转斜盘；所述连接装置包括至少一个压缩弹簧，所述至少一个压缩弹簧被支撑在具有平行的一对平坦侧面的修改的共用驱动轴的倾斜段内，所述一对平坦侧面中的每个都具有与由共用驱动轴的直线段的转动轴线和共用驱动轴的倾斜段的转动轴线所限定的平面基本平行的平面；所述平坦侧面可滑动地安装在轴颈轴承的内部部件内的孔口内的空间中的两个平行侧面之间，所述轴颈轴承可转动地支撑在内部旋转斜盘球的中心孔口内；所述至少一个压缩弹簧沿着弹性平面的方向推压在所述空间的内壁上。

在第三广泛的方面中，在共用驱动轴与旋转斜盘之间的联接器中包含有弹性元件，所述弹性元件使用在一个平面中但不在垂直的平面中提供弹力的连接装置；所述弹性平面是与在旋转斜盘和相邻的锥形板之间接触的运动接触线基本共面的，并且所述相对的非弹性的平面是与在旋转斜盘和相邻的锥形板之间接触的运动接触线的平面基本垂直的，以便基本上没有向由压力下的液体所产生的推力提供弹力。

优选地，所述连接装置包括压缩弹簧，所述压缩弹簧被支撑在倾斜轴内，所述倾斜轴具有平行的一对平坦侧面；所述平坦侧面可滑动地抵靠内轴承座圈内的空间内的、具有共用取向的两个平行侧面安装起来，所述内轴承座圈可转动地安装在内部旋转斜盘球内；所述压缩弹簧沿着与所述运动接触线的平面垂直的方向推压所述空间的两个内壁。

优选的轴承装置能够允许轴具有少量倾斜的自由。

用于轴承装置的优选的物理约束装置从以下范围选择，所述范围包括：阶梯轴、弹性挡圈、或在加工槽和紧固项圈中的保持环；紧固装置，其能够将诸如轴承的内部滚珠座圈的内部可转动部件夹持在轴上的适当位置中；以及泵的壳体内的保持装置，其能够夹持轴承的外部滚珠座圈。

在一个选择方面中，在普通轴颈轴承的每个端部处都放置有与所述轴承接触的推力垫圈，以便使所述普通轴颈轴承可以沿着轴向方向转动而不可以滑动。

优选的实施例

这里要提供的本发明的说明纯粹作为示例给出，并且将不以任何方式用于限制本发明的范围或广度。词语“包括”和“包含”不应当用于限制任何说明的范围或领域。

附图说明

图1示意性地示出本发明的原理的纵向剖视图；

图2（如图2a和图2b）是通过根据本发明的完全的工作泵的纵向剖视图，图2a是穿过分流板的剖视图，并且图2b是与分流板垂直的剖视图；

图3（如图3a和图3b），图3a是图2的工作形式的分解的等距视图；虽然顶部安装有分流器；图3b是从用“图2”标注的Kim的US4919601得到的现有技术的视图；

图4（如图4a、4b和4c）是在旋转斜盘上构造的一体的马达的视图；转子代替滑轮（或者，该视图可以解释为在旋转斜盘式涡轮上构造的一体的发电机），图4c示出永久地磁化有多个磁极的单个铁素体轮；

图5示出根据本发明的旋转斜盘式泵，其包括在倾斜轴与内部旋转斜盘球之间的弹性联接器；

图6示出图5中使用的弹簧支座的细节；

图7示出使用工程塑料材料包覆模制的旋转斜盘和内部旋转斜盘球；

图8是示出在燃料分配器附近的地下储油罐内的潜液泵的视图；

图9是示出具有一组推力轴承的旋转斜盘式泵的视图（是先前的视图的放大图），所述一组推力轴承能够防止共用驱动轴通过内部旋转斜盘球轴向运动；

图10是示出防止共用驱动轴的直线段轴向运动的一组推力垫圈的视图。

具体实施方式

引言

本发明涉及在两个轴承上支撑旋转斜盘式泵或涡轮共用驱动轴；本发明涉及一种套在共用驱动轴的倾斜段上的组合轴承（轴承装置A）和一种套在共用驱动轴的直线段上的轴颈轴承（轴承装置B）。对于许多旋转斜盘式泵中发现的迄今未说明的轴位置问题的补救已允许该进步在工业上应用。

解释

根据当前设计的旋转斜盘式泵可以认为由三个相关部件构成，所述三个相关部件中的每个都本质上具有刚性形状。这些部件是：（A）单件的共用驱动轴，其包括直线段、偏移段和倾斜段；（B）旋转斜盘与内部旋转斜盘球的单件的组合；（C）泵壳体，其包括（C1）待在密封线处遭遇旋转斜盘侧面的锥形板表面，（C2）与允许章动运动的内部旋转斜盘球的外部一致的滑动轴承面，和（C3）用于支撑共用驱动轴的直线段而同时允许轴转动的轴承。部件C1、C2和C3被一起刚性地保持在C内，成为单个壳体组件。

当这三个部件组装成旋转斜盘式泵时；所述旋转斜盘式泵包括轴承，使得可以发生想要的转动和章动，几乎没有用于相关部件改变其相对于彼此的位置轨迹的自由度。理想地，共用驱动轴和泵部件的几何特性满足如先前所定义的“全等点”的要求。如果没有出现该条件，则额外的定向载荷被强加在所述轴承中的一个或多个上，并且密封不是那么有效，如以下将说明。内部旋转斜盘球固有地设置成相对于支撑轴承的凹面即使有游隙该游隙也很小，并且旋转斜盘和锥形板之间的两个可运动密封线不能形成更多接触。旋转斜盘球轴承并且尤其是两条密封线处于距离驱动轴的倾斜段与内部旋转斜盘球中的孔口之间的轴承相距较大的距离处，所述距离包括用于潜在地施加围绕所述轴承的转矩的杠杆臂。

能够在共用驱动轴上强加轴向运动，以便使驱动轴的倾斜段被驱动到内部旋转斜盘球中或者从内部旋转斜盘球被驱动出来。这种运动趋向于使内部旋转斜盘球沿着与驱动轴的倾斜段、直线段的轴线所共有的平面平行的方向位移。随之出现的力在支撑内部旋转斜盘球的轴承上施加额外的单向转动径向载荷。所述力的反作用力趋向于使共用驱动轴的倾斜端部向一旁偏转。如果反作用力在导致向一旁偏转方面成功，则在制造时在运动密封线处旋转斜盘与锥形板之间产生的平行表面关系被干扰，并且因此密封效果恶化。假定轴上的倾斜角典型地是15度；（15度的正弦=0.26），则有较小的定向反作用力阻止所强加的轴向运动，而施加到内部旋转斜盘球的轴向力理论上显著地乘以1/0.26或3.86。这些力在包括内部旋转斜盘球外侧的滑动轴承的组合轴承上并且尤其在内部旋转斜盘球内的轴颈轴承上施加过度的不必要的应变，并且会导致内部旋转斜盘球和旋转斜盘的角位移。这两种效果降低了泵的效率。

因此，本说明书中说明的两个轴承的泵优选地但不是必须地包括用于约束共用驱动轴过度轴向运动的物理装置。共用驱动轴被优选地保持在确保全等的位置中；最小化轴承载荷并且优化密封。所述两个轴承的泵将在没有轴向地约束共用驱动轴的情况下工作，但是在轴向运动被严格地控制的情况下所述两个轴承的泵将更好地工作。

我们应当说明两个示例。在示例1中，防止共用驱动轴的直线段进行轴向运动，以便使共用驱动轴的倾斜段不会因此迫使内部旋转斜盘球呈现出未设计的章动角。然后，在示例2中，防止共用驱动轴的倾斜段进行轴向运动，更直接地，防止内部旋转斜盘球改变所需要的角。在两个示例中，全等点被保存到所接受的公差内。

示例1

该旋转斜盘式泵被优化以用于泵送液体。示例应用用于将碳氢燃料从燃料分配器泵送到车辆油箱中。本发明可以另外用作涡轮或液压马达或液压致动器。内燃机也是更加可行的。本发明说明了一种旋转斜盘式泵，其具有由在每个端部处或附近的一个轴承装置支撑的可转动驱动轴。两个轴承装置中的一个是组合轴承，我们用于称之为所述组合轴承的设备是由对称地放置在球面轴承内的轴颈轴承构成，所述轴颈轴承还用于传递动力到章动的旋转斜盘，并且提供固定的全等点，在该章节中随后将详细地说明该概念，而其它轴承是仅允许驱动轴围绕固定的转动轴线转动的传统轴承。

该示例借助所选的允许驱动轴围绕固定的转动轴线仅转动且支撑共用驱动轴的直线段的传统轴承约束了如先前所述的共用驱动轴的轴向运动，而倾斜段被容许在内部旋转斜盘球内轴向地运动并且在其中转动。在图1中，传统轴承示意性地示出为实心材料的项圈。为了清楚起见，夸大了内部旋转斜盘球与该内部旋转斜盘球在其上滑动的支撑凹面轴承之间的空隙。图2示出实际的轴承和对应的定位装置。

可转动的驱动轴102在沿着轴的中间附近具有偏移弯曲部。驱动轴在此说明为具有直线段，所述直线段以指定的角度并且以特定的偏移量连结到倾斜段102A，所述倾斜段102A与旋转斜盘支撑件接合。对于泵送而言，通过施加到轴的直线段的转矩导致驱动轴的转动。组合轴承内的倾斜段的转动引起所要求的附装的旋转斜盘103A的章动运动，所述组合轴承由球面轴承内的普通轴承108构成，所述球面轴承包括具有球面轴承109和109A的内部旋转斜盘球103，所述旋转斜盘103A在外部被分流板约束，所以所述旋转斜盘103A不能转动。旋转斜盘被固定在与球内的普通轴承的轴线垂直的平面内。抵抗转动的约束包括分流板104，所述分流板104固定到壳体并且横过壳体101内的圆周泵送空间105；所述分流板104还与旋转斜盘相交。在分流板的每侧上都有用于连接到管的端口。两个泵送腔室可以单独地使用或并联地使用。这种旋转斜盘式泵的泵送空间105在每侧上都具有锥形板107；所述泵送空间105包括形成壳体的壁、加工的包覆模制物（overmoulding）、或插入件；所述泵送空间105相对于旋转斜盘厚度成角度和定位，以便使旋转斜盘与锥形板之间的转动接触线执行为运动密封件。旋转斜盘与锥形板之间的空隙宽度将总是较小的，并且在密封线处的两个表面应当是基本平行的。该条件可以通过旋转斜盘式泵的精确制造而实现。

图1示出三条相交轴线：X1（共用驱动轴的转动轴线）、X2（驱动轴的倾斜段的轴线）和围绕内部旋转斜盘球的X3（耳轴承213的轴线）。这三条轴线在驱动轴的倾斜段102A内的单点即固定的全等点（相对于泵的壳体固定的全等点）处全部是全等的。如所定义的轴线X3是运动轴线，所述运动轴线虽然总是以固定的全等点为中心，但是在使用期间随着耳轴承从分流板104的一侧滑动到另一侧，所述运动轴线通过耳轴承从一侧到另一侧的运动形成，而同时所述运动轴线被保持在被加工到旋转斜盘的边缘中的轴向空隙中。或者，轴线X3可以被定义为内部旋转斜盘球的中心。然后，轴线X1和X2应当在固定的全等点处与内部旋转斜盘球的中心全等。或者，轴线X3可以用与旋转斜盘的中心相交的平面替换。然后，轴线X1和X2应当在固定的全等点处全等于与旋转斜盘的中心相交的平面。假设精确制造，则在使用期间维持该几何条件的任何旋转斜盘式泵将在沿着直径相对的旋转斜盘侧面103A与锥形板107之间的两条章动的接触线处维持旋转斜盘与锥形板之间的运动密封的质量。如果没有维持该几何条件，例如如果共用驱动轴发生轴向运动，则泵将不那么高效。

根据我们对旋转斜盘式泵设计的理解，当构造旋转斜盘式泵时重要的是确保共用驱动轴包括偏移段和倾斜段，以便使倾斜段处于所选角度下并且以便使直线段（如果产生的话）的轴线在优选地沿着倾斜段的中间附近的单点处与倾斜段的轴线相交。等同地，重要的是确保这些轴线的交叉点应当与内部旋转斜盘球的中心重合，或者如果提供耳轴承的话，这些轴线的交点应当与所述轴线和耳轴承（如果产生的话）的轴线的交点重合。后面的要求意味着共用驱动轴的直线段应当相对于泵的壳体在沿着直线段的轴线的固定的轴向位置处转动，所述泵的壳体还支撑和定位支撑内部旋转斜盘球的凹面轴承并且支撑和定位锥形板。如在该示例中的其它地方所述，满足后面的要求的一种方式是被夹持在沿着直线段的预定位置中且被保持在壳体内的深沟滚子轴承。

该设计方法致使实现了制造具有仅两个用于支撑共用驱动轴的轴承的旋转斜盘式泵、马达或涡轮的可行性。这些轴承中的一个是包括内部旋转斜盘球的组合轴承。

图1示出本发明的结构原理；旋转斜盘式泵100。此处所使用的术语适用于泵，但是这些原理也可应用于涡轮或马达。该剖视图呈现出作为单件的驱动轴的一部分包含有15度的倾斜角，并且锥形板分离是考虑到旋转斜盘103A的有限厚度。壳体101是用于在使用期间将部件相对于彼此固定的框架，并且所述壳体101还形成封闭的泵送腔室105。封闭的泵送腔室以固定的全等点为中心并且通过与可章动的旋转斜盘103A接触的锥形板107的表面、在与密封环109、109A接触的接触部之间的内部旋转斜盘球103的暴露部分、和部分的外部旋转斜盘球106限定。泵送腔室105包绕附装到内部旋转斜盘球103的周边的圆形旋转斜盘103A。内部旋转斜盘球103包括轴向孔口103B，所述轴向孔口103B与旋转斜盘的平面垂直并且与旋转斜盘共轴，所述轴向孔口103B包绕共用驱动轴102的倾斜段102A。泵送腔室通过在泵送腔室的下半部分中由附图标记104示出的径向取向的分流板关闭，所述分流板位于从旋转斜盘切出来的扇形内并且被如参照图2和3a说明的耳轴承所占据。内部旋转斜盘球被支撑在轴承装置109、109A上，允许驱动轴的倾斜段在球内抵靠轴承装置108围绕轴线X2转动，由此强迫章动，这是由于驱动轴的直线段已经被限制为在轴承110内围绕轴线X1共轴地转动。旋转斜盘的外边缘（或者会不完全进行接触，通过密封抵靠）抵靠泵送腔室105内的部分的外部旋转斜盘球106的内表面滑动。锥形板和外部旋转斜盘球优选地是壳体的加工面，但是可以是插入件。

最少的轴承数量；多功能轴承

在图1中的示出原理的视图中，驱动轴被支撑在仅两个多功能轴承上。这些多功能轴承包括普通轴承110和组合轴承，所述组合轴承包括普通轴承或滚针轴承或多个所述轴承，所述轴承与可滑动地支撑可章动的内部旋转斜盘球103的凹支撑面109B和109C组合并且在内部旋转斜盘球的内部孔口103B内，所述轴承将可转动的驱动轴的倾斜段102A与可章动的球分离并且在二者之间传输力。图1中所示的103与109之间的可见分离仅用于说明性的目的。组合轴承具有多种功能。这些功能包括：

1.支撑整个可转动的驱动轴组件的一个端部，虽然驱动轴的该端部相对于转动轴线倾斜了一定角度；

2.将旋转斜盘和内部旋转斜盘球可滑动地设置在泵壳体内此处说明为固定的全等点的正确位置处；

3.抵抗每次旋转期间方向交替的且由泵腔体内发展的压力产生的反作用力，并且将这些反作用力传递到泵壳体。组合轴承装置还能够通过滑动的凹面基本上传递全部的由泵腔体中的液体压力所产生的合成推力载荷，并且将所述合成推力载荷继续传递到泵或涡轮的壳体，以便使所述载荷中的较小部分施加到或没有载荷施加到可转动的驱动轴的倾斜端部。

4.限定和驱动旋转斜盘的章动运动，所述章动运动由内部旋转斜盘球内的可转动的驱动轴的倾斜端部的转动所导致并且施加到围绕容纳内部旋转斜盘球上的倾斜的驱动轴的孔口径向地安装的旋转斜盘。

旋转斜盘的两侧用作用于泵送腔室的内部球方面的密封件。泵送的液体可以用作润滑剂，也可以用作用于去除来自滑动表面的热的运载体。期望在凹面轴承与内部旋转斜盘球之间发生较小的泄漏。通过球面密封空隙的泄漏量将帮助冷却轴承，也将帮助冷却章动运动。

组合轴承依赖于用于球面和用于凹支撑面的材料的适当选择。

轴承110在图1中示意性地示出为具有部分地嵌入驱动轴的质量块内的内部孔口和部分地嵌入泵壳体中的外部圆周，并且没有轴向间隙。构造的细节被省略以便强调以下说明的功能中的第二个功能。

轴承110用于若干功能，这些功能包括：

1.使泵壳体101内的共用轴102B位于由设计所确定的且在制造期间所实现的轴向位置处，使得驱动轴不能自由轴向运动并破坏全等轴线围绕如上所述的固定的全等点的定位。在示例2中，该功能通过组合轴承（如以下说明的轴承A）呈现。图10示出使用一组推力垫圈和普通套筒轴承的情况。

2.在驱动轴转动的同时，保持泵壳体内的驱动轴102与其中安装有所述轴承的孔口同心。这样维持了旋转斜盘的预定的倾斜轴线，所述旋转斜盘相对于泵的构造以目标角度固定到内部旋转斜盘球。导致转矩施加到倾斜轴的来自泵腔体的反作用力的较小摩擦将被传递到该轴承110并且继而传递到泵壳体。

3.承受优选地通过滑轮（或其它轮）111由于从联接的带或类似物拉动所产生的、沿着轴线X4对称地施加的任何合力，以便使这些力没有沿着驱动轴传递到组合轴承。

如果使用一体的马达或发电机（电动发电机）（参见以下内容），则该轴承和组合轴承用作一整套轴承以支撑可转动的电枢。传统轴承110优选地相对于轴线X4对称地对中，以便使该轴承沿着轴线X4与例如通过所附装的驱动带中的张紧所导致的、承载到滑轮或轮111上所导致的任何力成一直线，使得没有由此产生的力矩沿着驱动轴传送到轴承109。将应注意到，图1和2的滑轮的横截面具有再凹进的或铃铛形状，以便使推力轴线X4没有对称地穿过轴承。优选的小齿轮、链轮、转子、电枢、或其它轮也将有铃铛形状（参见图4b）。与例如将扁平的轮放置在支撑驱动轴的直线段的两个轴承之间的设计相比，本发明的设计被认为是更简单的设计和相当更容易制成的设计。

根据本发明，内部旋转斜盘球组件在支撑凹面轴承面的情况下用作用于整个共用驱动轴的两个有效轴承中的一个，即使驱动轴的一个端部终止于该内部旋转斜盘球内的倾斜段中。另一个轴承是轴颈轴承或球轴承110。在图1中，在分流板的每侧，在截面的平面上方和下方放置有入口端口和出口端口，并且所述入口端口和出口端口未示出，虽然一个端口在图3a中用附图标记301指示。

参见图2的工作泵

在图2中以通过分流板的纵向截面的方式示出用于泵送液体的完整的旋转斜盘式泵或涡轮的示例。读者必须意识到该示例对于本发明的范围而言是非限制性的。旋转斜盘的直径是110mm，并且典型的轴旋转速率是在100转每分钟至1300转每分钟的范围内。与具有叶轮泵的形式相比，该泵的形式具有更宽范围的有效操作速度。图2保留了图1的附图标记，并且指示其它的部件。

单轴承（图1中的110）是单深沟球轴承组件（外座圈201、球轴承202和内座圈203）。内座圈通过台阶204稳固地位于沿着轴的适当的位置中，所述台阶204已经在严格的公差下在特定的轴向位置处被加工到轴上。轴承组件的内座圈通过从驱动轮111的延伸部205施加的压力被压靠在该台阶上，所述驱动轮111通过将帽螺钉206拧紧到轴中的轴向螺纹孔中而被强制抵靠在内座圈上，抵靠分载垫圈207。驱动轮通过例如花键或键113防止转动。接下来，为了相对于泵壳体101设置轴102，轴承的外座圈201通过保持在径向槽内的弹性挡圈208而被保留在紧密配合的圆筒形空间内，所述圆筒形空间被加工到泵的壳体内，所述径向槽被加工成将轴承保持在维持轴线在固定的全等点处的全等要求的位置中。还注意到，该轴承组件的球与此处示出的滑轮示例111中的示例性V带槽112的轴线的中心成一直线。对于较大的泵而言，可以在该位置处使用自调心的球面或滚珠轴承组件。在某些应用中，这里可以使用轴颈类型的轴承。没有优选类型的轴承允许驱动轴102B沿着其轴线X1运动，并且由此违背全等轴线要求。优选类型的轴承可以允许驱动轴围绕该轴承的中心较少枢转运动约1度至2度，以在没有过度摩擦的情况下承载任何畸变。实际上，几乎没有围绕该轴承的枢转运动，这是因为组合轴承防止这种运动。如由附图标记209所示的用于保护单轴承或第二轴承的润滑的轴油封是由如适合于待泵送的液体的“氟橡胶”材料或等效物制成。在所述油封附近放置有又一个弹性挡圈210，从而阻止所述油封疏忽地接触单轴承。

在该示例中，组合轴承由两个同心部件构成。在内部，围绕倾斜的驱动轴的普通或轴颈轴承108由例如由工程塑料“Fortron”制成的一对圆柱体构成或更优选地由“DU”类型的轴承构成，所述轴承108放置在包括驱动轴的倾斜段在内的适当加工的且由硬化钢制成的轴102A的每个端部处，并且在所述轴102A上滑动。或者，该轴承可能由施加到驱动轴的倾斜端部的“Fortron”的包覆模制物或等效物制成，并且随后被加工到精确的直径，以便将在内部旋转斜盘球中的较好抛光的孔口103B内形成简洁的滑动配合。可替代方案是一对可以在相同的位置处使用的滚针轴承。如果所选轴承没有固有地允许轴向运动，则将由于误对准而产生摩擦，并且不会出现所期望的全等。支撑内部旋转斜盘球103的球面轴承109包括一对适当材料的凹环109、109A，所述一对凹环109、109A被加工或另外形成以具有正确的形状和尺寸并且被安装在形成到泵的壳体中的圆形接收部中。我们已经使用球墨（“SG”）铸铁用于球103，并且使用尤其“Fortron”的工程塑料用于其上抵靠滑动球103的凹面109B、109C。这些轴承可以由金属环基座构成，所述金属环基座用“Fortron”包覆模制并且随后被加工成适当的尺寸和形状。借助该组合，在超过4000小时的测试期间不发生故障。如果使用塑料包覆模制的旋转斜盘球和旋转斜盘，则两种材料的相对位置可以颠倒，铁可以用钢或其它适当的金属替换以用于特殊应用。对于某些应用而言，SG铁的抗腐蚀等效物会是优选的。

在图2中，示出在泵壳体的部件101和101B之间的圆周连结部101A。因此，所有部件可以由独立的部件组装。

在图2中详细地示出横过圆形泵送腔室密封的分流板组件。该分流板组件包括分流板104，所述分流板104借助壳体被保持在狭槽腔体内，允许略小的径向运动。弹簧211朝向球心挤压分流板，以便使用于抵靠内部旋转斜盘球密封的、具有凹内表面的“Fortron”分流器密封件212保持接触。（注意到，这样的变型方案是优选的，即，在所述变型方案中弹簧保持在随后才被固定的分流板与塑料密封件之间）。在分解的等距视图3a中用附图标记103C示出的具有圆形侧面的凹口被加工到旋转斜盘103A中并且继续被加工到内部旋转斜盘球103中作为图1中的定位孔103C。耳轴承（最好参见图3a，用附图标记213表示）置于凹口中。耳轴承213在分流板104上从一侧滑动到另一侧。先前已经在该章节中说明了图3a中示出的所有其它部件。

全等性和制造准确度

我们已经发现，例如对于110mm直径的旋转斜盘式泵而言，在制造期间应当采用足够的精度来维持在约0.5毫米直径的范围内的与范围全等的“全等点”，以便避免对泵的效率的不利影响。在体积方面，比率是约1：0.5×10^-9mm。0.1mm全等性是更好的。这种精度借助数控加工设备容易获得，如果数控加工设备被称职的工人使用和维修的话。该方法提供了可互换的部件和不需要例如借助垫片或其它通过尝试调整的单独设置的泵。例如，这些部件可以由实心金属加工，或铸造并且然后被加工，或者由金属铸造成小型的，用包覆模制的塑料涂覆，并且然后被加工到期望的公差和表面光洁度。

图1和图2还包括一个实用的驱动装置的示例。所示的轮是通过锁定器件113（键或花键或类似物）安装在共用驱动轴102的直线段的暴露端部上的偏移的或铃铛形状的滑轮111，并且所示的轮承载例如围绕滑轮周边的V带槽112，所述滑轮周边用作将转矩施加到轮的装置。滑轮周边优选地定位在与轴承110有关的共用驱动轴上并且使用铃铛形状，以便使由带施加的张力所产生的任何力（或者由齿轮传动、马达电枢、或类似物得到的反作用力）被对称地施加在沿着轴线X4的轴承上（参见图1），使得没有沿着驱动轴施加到组合轴承组件的合成力矩。这种力矩可以被容忍，但是不利地影响泵的寿命并且提高了摩擦损失。

变型方案

涡轮或马达方面

由于该设备是可逆的，并且可以用作被流动液体的压力驱动的涡轮或发动机，读者应当理解，主要涉及到泵且主要使用泵术语的前述说明也说明了这样的设备，即，所述设备能够提供由于通过至此已经命名的泵送腔室的且抵靠旋转斜盘的液体的强迫运动所产生的转动动力。该力穿过内部旋转斜盘球轴并且导致至此已经命名的共用驱动轴（102-102A）用作从动轴。结果，后面将说明的直接驱动无刷马达可以成为发电机或交流发电机；并且是“电动发电机”。或者，带传动可以将来自涡轮的原动力带走。

由于该设备呈现出如回流的较低泄漏，并且是可逆的，所以该设备可用作用于合理地准确地控制某一对象的转动或线性位置的致动器或液压马达。

驱动装置

仅以示例的方式提供图1、图2和图3中所示的“V带驱动”滑轮111/112。V带滑轮用在燃料分配器前面的液体燃料输送泵中，以引用该泵的一个目标应用的示例。可替代的传动在没有限制的情况下包括：链传动，诸如平带、齿形带的其它形式的带，齿轮传动，以及将转矩直接施加到诸如水轮、佩尔顿水轮机的转子周边的设备，并且使用转子作为诸如直接驱动无刷马达的电动马达的转子；以便使泵提供一体的泵和马达；或者，一体的涡轮和发电机。

一体的马达或一体的发电机

在图4b中的剖视图中，“滑轮”被转换成用于电动发电机的转子111。该剖视图示出图1和2的V带滑轮的许多可能的可替代方案中的一个。该转子示出为具有永久磁体401，所述永久磁体401围绕周边，对称地围绕轴线X4附装，所述转子包括一体的马达或发电机（电动发电机）的转子。如果所述磁体由铁或另外的铁磁性材料制成，则如图4a中的端视图所示，12个磁体可以附装成使它们的交替的磁极（N或S）指向外面并且在转子内完成的相应的磁路。整个转子可以由已经在制造时作为一个多极单元被磁化的硬磁性铁素体制成，并且可以具有圆形轮廓。图4c示出永久地磁化有多个磁极的示例性单铁素体轮的端视图。

外部定子402承载对应的一组6个固定的线圈组件，所述6个固定的线圈组件中的一个示出为在如图4a中所示的软铁磁体电枢上承载绕组404至405的电枢403。在使用期间，绕组以特殊的顺序被通电，以便使磁体被吸引或被排斥，所以产生围绕转动轴线的转矩。该示例是三相布置，并且线圈接有电线，以便使每第三个线圈共享相同的驱动电流。该附图中未示出内部配线，并且没有示出控制器或定序器。这些布置对于本领域的技术人员来说是公知的。适当的DC-供电控制器提供可变的速度操作，并且也可以提供相反方向的操作。可变的速度操作尤其适合例如在来自车库前场处的分配器的液体燃料的输送中的一些应用，并且我们已经借助无刷DC马达和控制器有效地在从100rpm至300rpm的转速下操作原型泵。

可以代替此处示出的磁体安装传统的感应马达转子。

与并排的带联接的马达和泵组合相比，完全一体的马达和泵占据更小的空间并且需要更少的部件。作为一项选择，定子可以构造在磁体内部，使得为了克服由向心力所导致的松脱的牢固磁体附装不是如此关键。注意到，为了将该旋转斜盘式泵或涡轮与一体的电动发电机配备在一起，不需要额外的轴承或其它运动部件。如果旋转斜盘式泵代替用作涡轮，则此处说明的一体的马达可以通过获取线圈输出并且对它们整流（如果要求的话），继而通过将电功率传输到具有适当匹配的阻抗，而转换成发电机。

周边密封

关于密封泵送腔室105，我们已经发现，如果在制造期间维持较好的精度，则使用抵靠表面106围绕旋转斜盘的周边密封环通常是不必要的。即使周边密封环由“Fortron”或类似的低摩擦塑料产品制成，并且抵靠高度抛光的铁或钢表面滑动，该环也将在使用期间包括摩擦源。从一侧越过旋转斜盘103A的边缘逃脱的任何液体找到其进入旋转斜盘的另一侧上的第二泵送腔室中的方式。较厚旋转斜盘或至少具有较宽周边的旋转斜盘提供较长的泄漏路径。围绕内部旋转斜盘球的密封通过滑动轴承109B和109C提供，所述滑动轴承109B和109C固有地提供长泄漏路径并且在使用期间变得陷下，使得泄漏路径的横截面面积保持较小。沿着泵送腔室从分流板104的一侧到另一侧的密封通常认为是最关键的，这是由于横过该分流板出现最大的压差。

用于泵/涡轮的包覆模制

在该设计中用于减小摩擦和降低成本的一种优选方式是如图7中所示用塑料材料对旋转斜盘103A和旋转斜盘球包覆模制。这样也克服了具有两个相同表面的潜在问题；会导致磨损的旋转斜盘和每个锥形板的彼此摩擦。旋转斜盘的章动固有地包括与锥形板的少量的滑动接触，所述滑动接触的幅度依据旋转斜盘相对于分流板104的位置改变。在形成组合轴承的外部部件的支撑环109、109A与内部旋转斜盘球103之间出现较大量的滑动。

诸如“Fortron”、PPS或其合金、或PPA或其合金的工程塑料的包覆模制通常是优选的。所述工程塑料抵靠金属滑动；例如，包括锥形板并且也包括凹面轴承109和109A的球墨铸铁或其它金属。金属中的传导性将帮助确保冷却，虽然滑动表面的大部分在章动期间暴露于帮助冷却的所泵送的液体。

图7是包覆模制的旋转斜盘的轴向剖视图。涂覆塑料材料的层701还穿过一组孔口702，所述一组孔口702从旋转斜盘的一侧排列到另一侧并且任选地还进入球面中的键（未示出）。这些表面可以在模具内成形达到足够的准确度，或者可以随后被加工到应有的尺寸和/或被磨光。该旋转斜盘轻于钢变型方案，并且旋转斜盘（103A）内的金属骨架保持期望的硬度。该处理与金属旋转斜盘的加工相比具有较低的成本。

在泵/涡轮中提供弹性的选择

还没有提供对于传动路径中的任何弹性这一方面的说明，并且在许多应用中弹性不是问题。待被泵送的某些液体可以包括固体的或半固体的结块，所述固体的或半固体的结块可能干涉旋转斜盘与锥形板之间的密封接触线的封闭，或者在该处变得粉碎。或者，对于那些要求最低泄漏的应用而言，可以使用弹性，以便在章动的密封线处提供更加一致的密封压力。因此，包含弹性的选择可以要求成使得旋转斜盘不会被迫压碎这种固体，或者使得可以施加较轻的密封压力。用于提供定向弹力的优选方式包括侧面平坦的倾斜轴，所述侧面平坦的倾斜轴在轴承的修改的内壳内操作，该轴承放置在内部旋转斜盘球内，如图5和6中所示。该优选的定向弹性的驱动机构已经在申请人的同时待审的申请PCT/NZ2009/00198中详细地说明。该机构具有特殊的优点，即，与由章动的旋转斜盘抵靠锥形板所形成的密封线成一直线或共面的最大弹力的相位角相对于由泵送腔室内在压力下的液体所施加的反作用力施加到旋转斜盘的角度是90度。在该角度下，该弹性驱动机构基本上没有弹性。而且，该机构可以使用钢弹簧506以用于较长的使用寿命。

在该机构中，倾斜轴102A和相关联的内轴承座圈包括平行的、沿直径相对的具有平滑光洁度的平坦部501，所述平坦部501沿着倾斜轴段102A的长度形成。为了用作内轴承座圈，空心筒504制造有内部孔口，所述内部孔口包括平行的、沿直径相对的平坦部505、505B，所述平坦部505、505B具有恰好充分的间隙和适当的光洁度，以使所述空心筒504越过平坦部501、501B在倾斜轴102A上滑动。内部孔口还包括与平坦部垂直的空间507（参见图6），为轴102A给出一些自由度以在受到套筒504内平坦约束的同时扭曲。套筒504可以是用诸如“Fortron”的工程塑料材料包覆模制的金属形状，用于与内部旋转斜盘球103的内部有滑动的界面，或者在使用滚针601的情况下套筒504可以包括轴承108的内座圈，并且套筒504可以被硬化以用于上述目的。空间507允许放置在内部的所选的弹性装置折曲，并且由此将弹性分量给予施加到密封线的力，而同时匹配的平坦部传递所需要的力以导致章动。

优选的弹性装置在孔502、503内包括螺旋弹簧，所述孔502、503从倾斜轴内面对相反的方向（参见图5）。在图6中，在联接器的剖视图A-A中示出孔和弹簧。图6示出圆筒或内壳504，与（为了简单起见）滚针601中的四个接触。示出在孔口502内的螺旋压缩弹簧506的截面。压缩弹簧的特征在制造时选择，以便为泵及其应用提供期望量的接触力，并且压缩弹簧被组装成使得将可预计的弹力抵靠旋转斜盘被施加到锥形板密封线，只要实际的扭曲量少于由空间507所容许的扭曲量即可。

示例2

本发明的旋转斜盘式泵的该示例也被优化以用于泵送液体，并且在该情况下全等点（如先前所定义）通过将驱动轴的倾斜部分抵靠内部旋转斜盘球锁定而被保存在预定的公差内，以便使倾斜部分可以在较小的预定量内轴向地运动，所述较小的预定量恰好足以允许合成推力轴承面滑动。实际的实施例意在用作“潜液泵头部”，其可以完全浸入储液罐中的液体中，优选地被来自罐外侧的马达的较长转动轴驱动，如图9中所示。该应用是用于去除来自在石油或汽油站前场处的地下罐的液体燃料。将罐里的液体向上“推动”出来，则阻止液体内的气泡的形成，并且因此不需要随后的基于涡流的空气分离设备，并且仪表可以准确地测量所输送的液体的体积。

该示例借助共用驱动轴的倾斜段与内部旋转斜盘球之间的推力轴承约束了共用驱动轴的轴向运动，所述推力轴承阻止或至少限制了共用驱动轴的倾斜段相对于内部旋转斜盘球的轴向运动，而共用驱动轴的直线段被可转动地支撑在不阻碍轴向运动的普通轴承中。该类型的泵在示例性应用的图8中详细地示出。在该旋转斜盘式泵中，没有使用滚珠或滚柱类型的轴承组件。如果泵被浸入诸如柴油、汽油、JP-4喷气燃料等的碳氢液体中，则将难以确保这些轴承组件的润滑。读者不应当理解为意味着在本发明通过内部旋转斜盘球处的物理装置约束轴向运动的情况下，滚珠或滚柱类型的轴承是完全不适用的。

图8以示意图的形式示出地面或前场表面800，在所述地面或前场表面800下方有包含碳氢燃料802的地下储液罐801。输送管803从罐内运载燃料到分配器804，所述分配器804包括通常的计量装置805和显示装置806，用于为已经保持输送喷嘴807的使用者指示有多少燃料已经输送到其接收部（罐）。可以通过感测装置808感测到适当的燃料罐液体性能（流动和/或压力），并且来自感测装置的信息被控制器809（其优选地包括所有相关的安全关闭措施）使用，以便驱动马达810，所述马达810转动延伸的轴811，所述延伸的轴811转动泵813的叶轮（在该示例中，旋转斜盘）。泵通过支撑件812在固定的位置处的罐801中向下保持较低。马达、软管和支撑件可以被构造在诸如人孔盖815的标准盖上。在该情况下，旋转斜盘式泵的入口端口814可以向罐敞开；可以在两个出口端口连结到管803的开端的同时受到网状过滤器的保护。

一种控制马达的方式是“固定的转矩模式”。在第一非输送的状态中，泵总是缓慢地转动，以便使供给围绕旋转斜盘的内部泄露并且在管803中维持压力。根据线圈电流感测要求以该速率转动轴的转矩。如果系统进入第二或输送的状态，则当液体开始流入管中时，压力将下降，泵看到较低的载荷，转矩减小，所以泵将较快地转动，以便维持恒定的转矩。通过优选地确定用于与流动相关的转矩（如根据电流消耗感测）的两个或更多个固定点，并且通过将这些固定点输入控制器存储器（或如电位器装置）中，可以容易地设置固定的转矩模式。一种推荐的安全措施是产生在管803不知何故被破坏并且燃料穿过管但没有通过分配器804的仪表806的情况下存在的第三危险状态。在该示例中，仪表用作流量传感器。来自仪表805的输出可以连接到马达控制器。如果在仪表流动和泵旋转之间有任何差异，则推定第三状态存在，并且泵应当立即被关闭，而且应当通知操作员。

该第三状态也可以在通过在仪表之前的某处从管取出燃料而导致燃料被盗的情况下出现。虽然该视图示出具有一个分配器的潜液泵，但是如果被适当地控制的话，一个泵可以供给若干双喷嘴的分配器，并且来自所有仪表的输出的速率应当数字地或通过类似方式求和，以便得到应当与泵输送对应的值。该控制装置不需要单独的管流动传感器808，这是由于该控制装置使用通过输送的体积倒推的泵转矩作为输入。

延伸的轴811优选地由管而不是杆构成，以便对于给定的直径而言节约材料和重量，并且优选地是充分硬的，以在典型地至少1500每分钟转数的速度下在没有发展任何谐振动（涡旋）的情况下转动。在泵端部处，从延伸的轴到共用驱动轴的联接器优选地是柔性联接器、犬齿式离合器、花键联接器或类似物，其允许相对的轴向运动，但是传输转动运动。为了维修，支承泵及其驱动装置的塞子或盖815可以作为单元去除。

图9示出图8的视图中的旋转斜盘式泵的中心部件的图解剖视图。延伸的轴811处于右方；泵壳体（此处仅示出所述泵壳体的轴向部件）是101，旋转斜盘的内部部件是103A，并且内部旋转斜盘球是103。共用驱动轴102B具有倾斜段102A和直线段102，所述倾斜段102A和直线段102当使用时通过联接器901而变成一个单元。在该变型方案中，轴承902是不能耐受轴向载荷的普通轴颈轴承，并且所以轴可以抵靠该轴承902相对于壳体101轴向地运动。在该泵中，防止共用驱动轴的倾斜段102A在内部旋转斜盘球103内轴向运动。在该非限制性示例中，倾斜段102A在拐角倾斜段附近的端部处设有台阶903。该台阶抵靠推力轴承904滑动，所述推力轴承904继而抵靠轴向孔108中的向内的台阶905滑动或静置，所述轴向孔108优选地被加工到内部旋转斜盘球103内。在孔口的另一个端部处设置对应的台阶909。轴颈轴承108（双头指示线）支撑共用驱动轴的可转动的倾斜部分102A与其抵靠的内部旋转斜盘球103之间的径向载荷，由此增强章动，这是由于内部旋转斜盘球抵靠这里用109和109B指示的环轴承被可滑动地保持；所述内部旋转斜盘球继而被安装在泵101的壳体上。在倾斜轴的自由端部处，螺栓906将较厚的垫圈907稳固地保持到倾斜轴的端部上，所述轴具有足够的长度以确保当垫圈907绷紧时，有用于推力垫圈904和推力垫圈908的少量的毫米级间隙，以滑动并且允许驱动轴在孔口内转动，但是没有太多的间隙使倾斜段102A的轴向运动导致全等点状态被破坏。

应当注意到，泵的该变型方案决不限制浸入操作，虽然这种状况尤其自身都适于使用普通的或“DU”类型的轴承。

潜液泵可以在低温应用中使用，例如从罐抽取液态氮、液态氧或液态氢，其中一个特殊的优点是因为没有使液体受到抽吸，所以不引起在进入管中沸腾。在绝热罐内储存为非常冷的液体的气体通常存在于其沸点处或附近。例如在火箭中，必须维持可靠的且恒定的燃料到发动机的供给。

图10是示出旋转斜盘式泵的一部分即“轴承装置B”的剖视图，所述“轴承装置B”是抵靠壳体101围绕共用驱动轴的直线段102且支撑该直线段102的普通套筒类型的轴颈轴承1005。该轴承组件包括一组推力垫圈（1004和1006）和轴承面（台阶104；抵靠保持在槽1003中的保持弹性挡圈1002的项圈1001），所述一组推力垫圈和轴承面一起根据本发明的原理具有防止直线段相对于壳体101的未受控制的轴向运动。该图10和图9是示出共用驱动轴上的任一轴承可以设有防止轴向运动的装置。可能的是如果两个轴承设有防止轴向运动的装置，则如果整个制造准确度不明显大于在任一个轴承内允许的轴向游隙的量，则各个表面可以不利地压靠在彼此上。图10是示例1和2之间的混合情况，因为该混合情况固定轴颈轴承110轴承B的轴向位置；如同在示例1中，而同时其示出了在不需要密封轴承和轴承内的润滑剂的情况下可以浸泡在汽油或其它液体中的一种轴承的用法。与深沟滚柱轴承不同，该类型的轴承允许轴与由点虚线所示的垂直轴线有较小的偏离。

工业应用和优点

1.根据本发明的旋转斜盘式泵、涡轮或液压马达对于制造和维修而言是简单的，这是由于轴承数量已经减少到最小。

2.部件成本减少，这是由于每个轴承都用于超过一种功能。

3.摩擦载荷减小，这是由于包括仅两个轴承单元，并且不会有轴承不利地抵靠彼此工作的情况。与叶轮泵相比，本发明的泵呈现出减少了10%和50%之间的能量消耗。

4.轴承载荷被最小化，并且通过不允许共用驱动轴轴向运动而使效率升高。

5.噪音水平小于目前在类似的应用中所使用的泵的噪音水平。

6.吸入压力（或者抵抗重力提升流体的能力）大于目前在类似的应用中所使用的泵的吸入压力。

7.本发明的设备能够包括马达/发电机作为一体的单元。在该情况下，所述两个轴承在一体的单元中使用。马达可以是可变速的无刷马达。

8.在燃料输送应用中，泵能够在较宽范围的速度上操作，并且因此输送速率（例如，从0至165升每分钟），以便使所述泵可以用于以可接受的输送速率填充汽车油箱或卡车油箱。已经观察到，当该旋转斜盘式泵与燃料分配器内的“OIML”空气分离设备联接时，空气分离在整个范围上好于99.5%。

9.在内部旋转斜盘球内围绕驱动轴的倾斜段包含的定向弹性装置增强了上述优点。

10.不需要单向阀（至少在目标应用中），因为密封线本身几乎在全部章动角度处在进口与出口之间提供连续存在的密封。

11.可逆的液体泵送能力允许泵用在飞机中以在燃料罐之间泵送燃料，以便控制平衡，并且在潜水艇中以控制浮性，这是两个示例。

12.泵固有地是可调比例的，包括在器官更换中的应用。

13.泵可以构造有单独的滑动轴承（例如，DU类型），并且在其中将滤出油或油脂类型的润滑剂的条件下操作。

14.潜液泵适于在没有强加负压的情况下从罐抽出液体，如将在远距离的泵向入口管施加吸力的情况下发生。

最后，将应理解，作为示例描述和/或这里说明的本发明的范围不限于具体实施例。在以上描述中，已经提到对于本发明的具体构件或整体具有已知的等效物，那么这样的等效物被包括，就像个别叙述那样。本领域的技术人员将认识到，各种修改、添加、已知等效物、以及替代是可能的，而不脱离在如下权利要求书中所叙述的本发明的范围和精神。

Claims (11)

1.一种具有内部旋转斜盘球的旋转斜盘式泵或涡轮，所述内部旋转斜盘球具有附装到其上的环形旋转斜盘并且具有中心孔口；所述旋转斜盘容纳在封闭的泵送腔室内，所述泵送腔室在每侧上通过具有浅锥形状的固定的锥形板封闭；所述泵送腔室向外通过固定的、部分在外部的旋转斜盘球的内表面封闭，所述旋转斜盘球附装到所述旋转斜盘式泵或涡轮的壳体或形成所述壳体的一部分；并且所述泵送腔室向内通过所述内部旋转斜盘球封闭；当使用时，所述内部旋转斜盘球通过所述内部旋转斜盘球的中心孔口内能转动的共用驱动轴的倾斜段的转动而以章动的方式运动；所述共用驱动轴具有直线段，所述直线段能够转动或被附装的轮转动；所述内部旋转斜盘球由此被约束以当所述共用驱动轴转动时以章动方式运动，而同时在所述旋转斜盘与所述锥形板之间维持运动密封线；其特征在于，所述旋转斜盘式泵或涡轮的共用驱动轴整个地被两个轴承装置支撑，所述两个轴承装置包括（A）组合轴承，其支撑所述旋转斜盘；所述组合轴承具有外部部件和内部部件，所述外部部件包括可滑动地支撑在两个凹面的部分球面轴承上的所述内部旋转斜盘球的外表面，所述两个凹面的部分球面轴承则抵靠所述旋转斜盘式泵或涡轮的壳体被支撑，所述内部部件包括在所述内部旋转斜盘球的中心孔口内的轴颈轴承装置，其可转动地支撑所述驱动轴的倾斜段；和（B）单轴承装置，其抵靠所述壳体来可转动地支撑所述共用驱动轴的直线段。

2.根据权利要求1所述的旋转斜盘式泵或涡轮，其特征在于，所述轴承装置（A）或轴承装置（B）中的一个还包括用于将所述共用驱动轴相对于所述旋转斜盘式泵或涡轮的壳体维持在受控制的轴向位置中的装置，以便所述共用驱动轴的直线段的转动轴线和所述共用驱动轴的倾斜段的转动轴线在所述内部旋转斜盘球的中心处相交的全等点处在全等状态下，从而当使用时，使所述轴承上承受的载荷最小化，并且从而维持所述旋转斜盘在所述运动密封线处抵靠邻接的锥形板平行对准。

3.根据权利要求2所述的旋转斜盘式泵或涡轮，其特征在于，所述轴承装置（B）从包括与防止轴向运动的推力垫圈结合的普通轴颈轴承、深沟球轴承组件、和自调心的球面滚子或球轴承组件的范围选出；所述轴承装置（B）能够当固定在所述旋转斜盘式泵的壳体内和固定到所述共用驱动轴的直线段时将所述共用驱动轴相对于所述旋转斜盘式泵或涡轮的壳体维持在受控制的轴向位置中，以便维持在所述全等点处的全等状态。

4.根据权利要求2所述的旋转斜盘式泵或涡轮，其特征在于，包含在所述组合轴承装置（A）中的轴颈轴承装置还设有推力轴承，其允许所述驱动轴的倾斜段相对于所述内部旋转斜盘球单轴承装置仅进行有限的轴向运动，由此将所述共用驱动轴相对于所述旋转斜盘式泵或涡轮的壳体维持在受控制的轴向位置中，以便维持在所述全等点处的全等状态。

5.根据权利要求1所述的旋转斜盘式泵或涡轮，其特征在于，所述组合轴承装置（A）的外部部件还用作滑动密封，即便所述内部旋转斜盘球抵靠所述两个凹面的部分球面轴承进行章动运动，所述滑动密封也能够当使用时围绕所述泵送腔室的内部方面密封。

6.根据权利要求5所述的旋转斜盘式泵或涡轮，其特征在于，所述组合轴承装置（A）的外部部件具有第一轴承面，其由从包括球墨铸铁、灰铸铁、钢、和阳极氧化铝的范围内选出的所选金属构成，所述第一轴承面能抵靠一致的第二表面滑动，所述一致的第二表面由所选的工程塑料材料构成。

7.根据权利要求1所述的旋转斜盘式泵或涡轮，其特征在于，所述共用驱动轴的直线段相对于所述旋转斜盘式泵或涡轮的壳体的转动通过这样的转矩产生或产生所述转矩，所述转矩从通过毂固定地附装到所述共用驱动轴的直线段的轮传递或传递到所述轮，所述轮具有用于传输或接收转矩的周边联接装置；所述轮在其横截面中具有凹陷的中心或铃铛形状，其中，所述周边联接装置从所述毂轴向地位移；所述轮允许所述周边联接装置径向地定位在所述单轴承装置上，以便使由转矩传递到所述轮或从所述轮传递所述转矩所产生的任何反作用力合力对称地施加在所述单轴承装置上，并且以便使所述共用驱动轴基本上没有受到侧向力矩。

8.根据权利要求7所述的旋转斜盘式泵或涡轮，其特征在于，所述轮的轮缘设有交替的磁极的阵列，来自每个磁极的磁通量都被指引通过安装在定子上的至少一个相邻的盘绕线圈，由此所述轮包括马达或发电机；所述旋转斜盘式泵与所述马达或发电机的组合包括一体的电驱动的旋转斜盘式泵或涡轮，所述一体的电驱动的旋转斜盘式泵或涡轮仅具有两个轴承，即，支撑所述共用驱动轴的组合轴承装置和单轴承装置；所述共用驱动轴的直线段还包括所述马达或发电机的支撑轴。

9.根据权利要求1所述的旋转斜盘式泵或涡轮，其特征在于，所述共用驱动轴通过单向弹性连接装置联接到所述旋转斜盘；所述连接装置包括至少一个压缩弹簧，所述至少一个压缩弹簧被支撑在具有平行的一对平坦侧面的修改的共用驱动轴的倾斜段内，所述一对平坦侧面中的每个都具有与由所述共用驱动轴的直线段的转动轴线和所述共用驱动轴的倾斜段的转动轴线所限定的平面基本平行的平面；所述平坦侧面可滑动地安装在轴颈轴承的内部部件内的孔口内的空间中的两个平行侧面之间，所述轴颈轴承可转动地支撑在所述内部旋转斜盘球的中心孔口内；所述至少一个压缩弹簧沿着所述弹性平面的方向推压在所述空间的内壁上。

10.根据权利要求1所述的旋转斜盘式泵或涡轮，其特征在于，所述内部旋转斜盘球包括内部框架，所述内部框架涂覆有具有能接受的摩擦和磨损特征的能模制的塑料材料，所述塑料材料被加工成规定的尺寸和光洁度。

11.根据权利要求2所述的旋转斜盘式泵或涡轮，其特征在于，所述旋转斜盘式泵或涡轮能够用作潜液泵，所述潜液泵被安装在固定的支撑件上，并且具有支撑所述共用驱动轴的直线段的普通轴颈轴承、与轴向限定推力轴承一起支撑所述共用驱动轴的倾斜段的普通轴颈轴承、和能够与轴向的能转动的驱动轴接合的联接装置。

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